Способы плавного пуска асинхронных двигателей
Кроме негативного влияния на цепи питания и окружение, стартовый импульс электродвигателя вреден и для его обмоток статора, ведь момент увеличенной силы при запуске прикладывается к обмоткам. То есть, сила рывка ротора усиленно давит на обмоточные провода, тем самым убыстряя износ их изоляции, пробой которой называют межвитковым замыканием.
Иллюстрация принципа действия асинхронного электродвигателя
Поскольку конструктивно нельзя уменьшить пусковой ток, придуманы способы, схемы и аппараты, обеспечивающие плавный пуск асинхронного двигателя. В большинстве случаев, на производствах с мощными линиями питания и в быту данная опция не является обязательной – так как колебания напряжения и пусковые вибрации не оказывают существенного влияния на производственный процесс.
Графики изменения токов при прямом запуске и при помощи устройств плавного пуска
Но существуют технологии, требующие стабильных, не превышающих норм параметров, как электроснабжения, так и динамических нагрузок. Например – это может быть точное оборудование, работающее в одной сети с чувствительными к напряжению потребителями электроэнергии. В этом случае, для соблюдения технологических норм для мягкого запуска электродвигателя применяют различные способы:
- Переключение звезда – треугольник;
- Запуск при помощи автотрансформатора;
- устройства плавного пуска асинхронного двигателя (УПП).
В приведенном ниже видео перечислены основные проблемы, возникающие при запуске электродвигателя, а также описаны достоинства и недостатки различных устройств плавного пуска асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.
Промышленные софт стартеры для электродвигателей различной мощности
Ознакомление с принципом плавного запуска
Для того, чтобы осуществить плавный пуск асинхронного электродвигателя максимально эффективно и с минимальными затратами, приобретая готовые софт стартеры, необходимо прежде ознакомиться с принципом действия подобных устройств и схем. Понимание взаимодействия физических параметров позволит сделать оптимальный выбор УПП.
Для плавного пуска асинхронного электродвигателя необходимо уменьшить пусковой ток, что позитивно скажется как на нагрузке электросети, так и на динамических перегрузках обмоток двигателя и приводных механизмов. Достигают уменьшения пускового тока, снижая напряжение питания электродвигателя. Заниженное пусковое напряжение используется во всех трех предложенных выше способах. Например, при помощи автотрансформатора пользователь самостоятельно занижает напряжение при запуске, поворачивая ползунок.
Понижая напряжение на старте можно добиться плавного запуска електродвигателя
При использовании переключения «звезда-треугольник» меняется линейное напряжение на обмотках электродвигателя. Переключение осуществляется при помощи контакторов и реле времени, рассчитанное на время запуска электродвигателя. Подробное описание плавного пуска асинхронного электродвигателя при помощи переключения «звезда-треугольник» имеется на данном ресурсе по указанной ссылке.
Схема переключения «звезда-треугольник» с использованием контакторов и реле времени
Теория осуществления плавного запуска
Для понимания принципа плавного старта необходимо понимание закона сохранения энергии, необходимой для раскрутки вала ротора электромотора. Упрощенно можно считать энергию разгона пропорциональной мощности и времени, E = P*t, где P – мощность, равная умножению силы тока на напряжение (P = U*I). Соответственно, E = U*I *t. Поскольку для уменьшения пускового момента и снижения нагрузок на сеть необходимо уменьшить стартовый ток I, то сохраняя уровень потраченной энергии нужно увеличить время разгона.
Звигатель с фозім ротором, необходим для оборудования с тіжелім запуском
Также необходимо учитывать, что во время мягкого запуска происходит увеличенный нагрев обмоток и электронных силовых ключей пускового устройства. Для охлаждения полупроводниковых ключей необходимо использование массивных радиаторов, которые увеличивают стоимость аппарата. Поэтому уместно использование УПП для кратковременного разгона двигателя с дальнейшим шунтированием ключей прямым напряжением сети. Подобный режим (переключение байпас) делает компактней и дешевле электронное устройство плавного пуска асинхронных двигателей, но ограничивает количество запусков в определенном интервале ввиду требуемого времени для охлаждения ключей.
Структурная схема шунтирования силовых полупроводниковых ключей (байпас)
Как поменять направление вращения однофазного асинхронного двигателя: 2 схемы
Высока вероятность того, что АД запустили по одному из вышеперечисленных принципов, а он крутится не в ту сторону, что требуется для привода.
Другой вариант: на станке необходимо обязательно выполнять реверс для обработки деталей. Оба эти случаи поможет реализовать очередная разработка.
Возвращаю вас к начальной схеме, когда мы случайным образом объединяли концы главной и вспомогательной обмоток. Теперь нам надо сменить последовательность включения одной из них. Показываю на примере смены полярности пусковой обмотки. В принципе так можно поступить и с главной. Тогда ток по этой последовательно собранной цепочке изменит направление одного из магнитных потоков и направление вращения ротора.
Для одноразового реверса этого переключения вполне достаточно. Но для станка с необходимостью периодической смены направления движения привода предлагается схема реверса с управлением тумблером. Этот переключатель можно выбрать с двумя или тремя фиксированными положениями и шестью выводами. Подбирать его конструкцию необходимо по току нагрузки и допустимому напряжению.
Схема реверса однофазного АД с пусковой обмоткой через тумблер имеет такой вид.
Пускать токи через тумблер лучше от вспомогательной обмотки, ибо она работает кратковременно. Это позволит продлить ресурс ее контактов.
Реверс АД с конденсаторным запуском удобно выполнить по следующей схеме. Для условий тяжелого запуска параллельно основному конденсатору через средний контакт с самовозвратом кнопки ПНВС подключают дополнительный конденсатор. Эту схему не рисую, она показана раньше.
Переключать положение тумблера реверса необходимо исключительно при остановленном роторе, а не во время его вращения. Случайная смена направления работы двигателя под напряжением связана с большими бросками токов, что ограничивает его ресурс.
Поэтому место расположения тумблера реверса на станке необходимо выбирать так, чтобы исключить случайное оперирование им во время работы. Устанавливайте его в углублениях конструкции.
Двусторонний рез
Довольно часто при креплении листа на профиль в сложных местах требуется выполнить двусторонний рез. Используется такой метод при оформлении оконных проемов, дверных, при необходимости обойти балки и другие сложные конструкции. Чем лучше резать гипсокартон в таком случае? Для начала требуется сделать отверстие прямоугольной либо квадратной формы. Вырезать его можно при помощи такого простейшего инструмента, как ножовка, либо острого ножа. Процесс резки не составляет сложностей:
- сначала надо нанести на лист разметку при помощи простого карандаша и линейки;
- с одной стороны лист надо подрезать при помощи ножовки, а с другой, используя нож;
- теперь гипсокартон надламывается, срезается с одной стороны.
После надо при помощи обдирочного рубанка тщательно обработать кромку, чтобы получить ровные края. Когда лист раскроен, можно закрепить его на требуемом месте при помощи саморезов. Стыки и швы после монтажа шпаклюются, предварительно проклеиваются специальной сеткой.
Зачем понадобился плавный пуск двигателя
Итак, проблема — на котельной есть насосы подпитки котла водой. Всего два насоса, и включаются они по команде от системы слежения за уровнем воды в котле. Одновременно может работать только один насос, выбор насоса осуществляет оператор котельной путем переключения водяных кранов и электрических переключателей.
Насосы приводятся в действие обычными асинхронными двигателями. Асинхронные двигатели 7,5 кВт включаются через обычные контакторы (магнитными пускателями). А поскольку мощность большая, то пуск очень жесткий. Каждый раз при пуске возникает ощутимый гидроудар. Портятся и сами двигатели, и насосы, и гидросистема. Иногда такое ощущение, что трубы и краны сейчас разлетятся вдребезги.
Кроме того, когда котёл остывший, и в него резко подается горячая вода (более 95 °С), то происходят неприятные явления, напоминающие взрывообразное бурление. Бывает и наоборот, воду с температурой 100 °С можно холодной – когда в котле находится сухой пар с температурой почти 200 °С. В этом случае тоже происходят вредные гидроудары.
Всего на котельной два идентичных котла, но во втором установлены частотники на насосы. Котлы (точнее, парогенераторы) вырабатывают пар с температурой более 115 °С и давлением до 14 кгс/см2.
Жаль, что конструкцией котла в электросхеме не предусмотрено было плавное включение двигателей насоса. Хотя котлы итальянские, на этом было решено сэкономить…
Повторюсь, что для плавного включения асинхронных двигателей мы имеем на выбор такие варианты:
- схема «звезда-треугольник»
- система плавного пуска (мягкий пуск)
- частотный преобразователь (инвертор)
В данном случае необходимо было выбрать тот вариант, при котором бы было минимальное вмешательство в рабочую схему управления котлом.
Дело в том, что любые изменения в работе котла должны быть обязательно согласованы с производителем котла (либо сертифицированной организацией) и с надзорной организацией. Поэтому изменения должны быть внесены незаметно и без лишнего шума. Хотя, в систему безопасности я не вмешиваюсь, поэтому тут не так строго.
Мои постоянные читатели знают, что теперь, после сдачи экзаменов в Ростехнадзоре, я имею полное право выполнять работы по КИПиА в котельной.
ПЛАВНЫЙ ПУСК АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Логичным способом снижения пускового тока стало снижение напряжения, подаваемого на статор в момент запуска, с его постепенным увеличением при разгоне двигателя.
Простейший и наиболее старый способ плавного пуска – реостатный пуск электродвигателя: в цепь статора последовательно включается несколько мощных резисторов, последовательно закорачиваемых контакторами.
Также могут использоваться и дроссели высокой индуктивности (реакторы), а также автотрансформаторы.
Подобный способ плавного пуска имеет очевидные недостатки:
Проблематичность автоматизации.
Работа контакторов не привязывается к реальному значению тока, они либо переключаются вручную, либо перебираются с помощью реле времени автоматически.
Усложнение пуска под нагрузкой.
Так как крутящий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения питания, снижение напряжения в момент пуска в 2 раза приведет к снижению крутящего момента в 4 раза. Применение плавного пуска с электродвигателями, напрямую подключенными к нагрузке, значительно увеличивает время выхода на рабочие обороты.
Совершенствование силовой электроники позволило создать компактные автоматические устройства плавного пуска (также называемые софтстартерами от английского soft start – «мягкий пуск») для асинхронных электродвигателей, устанавливаемые на стандартную монтажную рейку электрощитов.
Они обеспечивают не только плавный разгон, но и торможение двигателя, позволяя регулировать параметры токов пуска и остановки в различных режимах:
Постоянное токоограничение.
В момент запуска ток ограничивается на заданном превышении номинального и удерживается на этой величине все время разгона двигателя. Обычно используется ограничение на уровне 200-300% номинального тока. Перегрузка становится малозначительной, хотя ее длительность возрастает.
Формирование тока.
В данном случае токовая кривая в момент включения двигателя имеет больший наклон, после чего софтстартер переходит в режим токоограничения.
Такой метод плавного пуска применяется при подключении к маломощным подстанциям или генераторам для снижения стартовой нагрузки, однако пусковой момент электродвигателя в данном случае минимален. Для устройств, лишенных холостого хода электродвигателя, использовать формирование тока с пологой стартовой кривой невозможно.
Ускоренный пуск (кик-старт).
Применяется с двигателями, напрямую приводящими нагрузку, так как иначе их пусковой крутящий момент может оказаться недостаточным для страгивания ротора.
В этом случае устройство плавного пуска допускает кратковременное превышение пускового тока в несколько раз (фактически осуществляется прямая коммутация), по истечении заданного времени ток снижается до двух-трехкратного превышения номинала.
Останов на выбеге.
При отключении двигателя напряжение с него снимается полностью, вращение якоря продолжается по инерции. Наиболее простой способ коммутации, применимый при небольших мощностях и малой инерции привода.
Однако в момент разрыва цепи происходит сильный индуктивный выброс, приводящий к сильному искрению в контакторах. На мощных электродвигателях, а также при высоких рабочих напряжениях данный способ отключения неприемлем.
Линейное снижение напряжения.
Применяется для более плавной остановки двигателя. Нужно помнить, что крутящий момент двигателя при этом снижается нелинейно из-за квадратичной зависимости момента от напряжения, то есть снижение момента происходит наиболее резко в начале кривой.
Отключение питания происходит при минимальном токе в обмотке, соответственно коммутирующие выключатели практически не изнашиваются образованием искры между контактами.
Для снижения нагрузок при остановке применяется управляемое снижение напряжения:
- вначале ток снижается минимально;
- затем кривая начинает снижаться круче.
Снижение крутящего момента электродвигателя при этом близко к линейному. Этот способ управления остановом электродвигателя применяется в устройствах с высокой инерционностью привода.
При использовании такого рода устройств плавного пуска пусконаладочные работы заключаются в настройке нужного типа кривой пускового тока и, в случае использования режимов формирования тока или ускоренного старта, настройке длительности временного интервала начального участка кривой.
Применение устройств плавного пуска позволяет автоматизировать пусковой режим, но его главный минус остается – либо приходится закладывать в устройство возможность холостого хода электродвигателя, либо допускать кратковременные перегрузки сети, раскручивая мотор и нагрузку с кик-стартом.
Как работает магнитное поле
Работает двигатель на основе процесса получения механической работы в результате воздействия на проводник движущегося магнитного поля. На обмотку статора подают напряжение, причем каждая фаза образует свой магнитный поток. Частота магнитного потока напрямую зависит от частоты подаваемого тока на концы обмотки.
За счет того, что обмотки сдвинуты на 120 градусов, сдвигаются и магнитные поля, причем сдвигаются они как в пространстве, так и во времени. Суммарный магнитный поток и будет вращать ротор двигателя. Это происходит потому, что вращающийся поток суммы частот каждой из обмоток, образуют в роторе электродвижущую силу. Поскольку ротор — короткозамкнутый, то он имеет свою собственную электрическую цепь, которая взаимодействуя с магнитным полем статора, образует крутящий момент, направленный в сторону движения магнитного потока статора.
Следовательно, принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, объясняется вращением магнитного суммарного потока статора и его взаимодействия с возникшим в результате подачи тока, магнитным полем ротора.
Все электрические двигатели содержат две главные части, взаимодействующие друг с другом. Этими частями являются статор и ротор. Статор инициирует взаимодействие, и ротор отвечает на него своим вращением. Все электродвигатели классифицируются на основе того или иного принципа, обеспечивающего взаимодействие главных частей. Например, в движке статор подобно первичной обмотке трансформатора индуцирует во вторичной обмотке — роторе — электромагнитные процессы. Значит это — асинхронный электродвигатель.
Прямой пуск
Этот способ пуска отличается от других своей простотой. Однако в момент подключения двигателя к сети в цепи статора возникает большой пусковой ток, в 5-7 раз превышающий номинальный ток двигателя. При малой инерционности исполнительного механизма скорость двигателя очень быстро возрастает до установленного значения, и ток спадает, достигая величины, соответствующей нагрузке двигателя. Но значительный бросок тока в цепи двигателя влияет на питающую сеть и при недостаточной мощности последней это влияние может выразиться в заметных колебаниях напряжения сети.
При реализации пуска подачей полного напряжения на статор асинхронного двигателя имеют место два неблагоприятных фактора, а именно: — большая кратность начального пускового тока, которая достигает (6-10) In, — колебательный затухающий характер пускового момента двигателя. Последствия действия этих факторов: большой начальный пусковой ток вызывает значительные просадки напряжения на питающих шинах (при соизмеримой мощности трансформатора и двигателя), что нарушает работу, как других потребителей, так и самого двигателя (затягивание пуска).
Большой пусковой ток вызывает также значительные термические перегрузки обмотки, следствием чего может быть ускоренное старение изоляции, ее повреждение и, как результат, межвитковое короткое замыкание. Значительные колебания момента двигателя на начальном этапе пуска, которые могут превышать 4-5 кратное значение номинального момента, создают неблагоприятные условия для работы механики.
Прямой пуск означает, что электродвигатель включается прямым подключением к источнику питания при номинальном напряжении. Прямой пуск применяется при стабильном питании двигателя, жестко связанного с приводом, например насоса. Прямой пуск от сети является самым простым, дешёвым и самым распространённым методом пуска. Если поступающий ток от сети не имеет специальных ограничений, такой метод является наиболее предпочтительным.
Электрические схемы
| Режим работы – прямой пуск электродвигателя, реверсивный (1 фидер). Шкаф управления асинхронным двигателем предназначен для местного, дистанционного или автоматического управления одним электродвигателем (пуск электродвигателя, реверс и отключение вращающегося электродвигателя), работающим в продолжительном, кратковременном или повторно-кратковременном режимах.Реверс – это изменение направления вращения ротора. Для реверса необходимо изменить направление вращения магнитного поля статора, что в трехфазных асинхронных двигателях достигается переменой мест двух любых проводов на клеммах трехфазной сети.Ящик имеет местную индикацию состояния работы и возможность для подключения дистанционного управления и дистанционной индикации состояния работы фидера. №НаименованиеКодКол-во | 1SAM250000R1011 | 1 | |
| 2 | Боковые доп. контакты 1НО+1НЗ HK1-11 для автоматов типа MS116 | 1SAM201902R1001 | 1 |
| 3 | Контактор AF16-30-10-13 с универсальной катушкой управления 100-250BAC/DC | 1SBL177001R1310 | 2 |
| 4 | Клемма M4/6 винт 4мм.кв. серая | 1SNA115116R0700 | 6 |
| 5 | Клемма M4/6.N винт 4мм.кв. , синяя | 1SNA125116R0100 | 1 |
| 6 | Клемма M4/6.P винт 4мм.кв. Земля | 1SNA165113R1600 | 2 |
| 7 | Блокировка электромеханическая VEM4 для контакторов AF09…AF38 | 1SBN030111R1000 | 1 |
| 8 | Контактный блок CA5-10 1НО фронтальный для A9.. A110 | 1SBN010010R1010 | 4 |
| 9 | Контактный блок CA5-01 1Н3 фронтальный для A9.. A110 | 1SBN010010R1001 | 4 |
| 10 | Лампа CL-523G зеленый со встроенным светодиодом 230В AC | 1SFA619402R5232 | 2 |
| 11 | Кнопка CP1-30R-01 красная без фиксации 1HЗ | 1SFA619100R3041 | 1 |
| 12 | Кнопка CP1-30G-10 зеленая без фиксации 1HO | 1SFA619100R3012 | 2 |
| 13 | Переключатель ONU2PBR 3-х поз.(1-0-2) (двухуровневый) | 1SCA113972R1001 | 1 |
| 14 | Клемма MA2,5/5 винт 2,5мм.кв. оранжевая | 1SNA105075R2000 | 15 |
| 15 | Клемма MA2,5/5.N винт 2,5мм.кв. синяя | 1SNA125486R0500 | 2 |
| 16 | Изолятор FEM6 Торц. для MA2,5-M10 серый | 1SNA118368R1600 | 1 |
| 17 | Фиксатор BAM3 Торц. для рейки DIN3, универсальный | 1SNK900001R0000 | 2 |
| 18 | SR2 Корпус шкафа с монт.платой 400х300х150мм ВхШхГ | SRN4315K | 1 |
| 19 | Автомат.выкл-ль 1-полюсной S201 C6 | 2CDS251001R0064 | 1 |
| 20 | Провод, маркировка, расходные материалы | 1 |
Описание и свойства прямого пуска асинхронного электродвигателя
При пуске ротор двигателя, преодолевая момент нагрузки и момент инерции, разгоняется от частоты вращения п = 0 до п . Скольжение при этом меняется от sп = 1 до s. При пуске должны выполняться два основных требования: вращающий момент должен бить больше момента сопротивления (Мвр>Мс) и пусковой ток Iп должен быть по возможности небольшим.
В зависимости от конструкции ротора (короткозамкнутый или фазный), мощности двигателя, характера нагрузки возможны различные способы пуска: прямой пуск, пуск с использованием дополнительных сопротивлений, пуск при пониженном напряжении и др.
Пуск двигателя непосредственным включением на напряжение сети обмотки статора называется прямым пуском. Схема прямого пуска приведена на однолинейной электрической схеме. При включении контактора в первый момент скольжение s = l, а приведенный ток в роторе и равный ему ток статора
максимальны. По мере разгона ротора скольжение уменьшается и поэтому в конце пуска ток значительно меньше, чем в первый момент. В серийных двигателях при прямом пуске кратность пускового тока kI = IП / I1НОМ = ( 5,…,7), причем большее значение относится к двигателям большей мощности.
Значение пускового момента находится при s = 1:
Для серийных двигателей кратность пускового момента МП/ МНОМ = (1.0,…,1.8).
Приведенные данные показывают, что при прямом пуске в сети, питающей двигатель, возникает бросок тока, который может вызвать настолько значительное падение напряжение, что другие двигатели, питающиеся от этой сети, могут остановиться.
С другой стороны, из-за небольшого пускового момента при пуске под нагрузкой двигатель может не преодолеть момент сопротивления на валу и не тронется с места.
В силу указанных недостатков прямой пуск можно применять только у двигателей малой и средней мощности (примерно до 50 кВт).
График изменения тока и момента при пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Нереверсивная схема управления асинхронного двигателя.
Рисунок 1 — Простейшая схема асинхронного двигателя.
Для подачи напряжения на управляющую и силовую цепь используется автоматический выключатель QF. Пуск асинхронного двигателя осуществляется кнопкой SB1 «Пуск”, которая замыкает свои контакты в цепи катушки магнитного пускателя КМ. Который срабатывая замыкает основные контакты силовой цепи статора. Вследствие чего электродвигатель М подсоединяется к питанию. В то же время в управляющей сети происходит замыкание блокирующего контакта КМ который шунтирует кнопку SB1.
Чтобы отключить асинхронный двигатель с кз ротором, необходимо нажать клавишу SB2 «Стоп». При этом питающая сеть контактора КМ размыкается и подача напряжения на статор прекращается. После этого нужно выключают автомат QF. Схема управления АД с кз предусматривает несколько защит:
- от КЗ — посредством автоматического выключателя QF и плавкими предохранителями FU;
- от перегрузок — посредством теплореле КК (при перегреве данные устройства отсоединяют контактор КМ, прекращая работу движка);
- нулевая защита — посредством магнитного пускателя КМ (при низком напряжении или его полном отсутствии контактор КМ оказывается незапитанным, размыкается и электродвигатель выключается).
Для подключения электродвигателя после срабатывания защитного механизма требуется снова надавить клавишу SB1.
Самодельные варианты
Существует множество схем модернизации электроинструмента при помощи УПП. Среди всех разновидностей широкое применение получили устройства на симисторах. Симистор — полупроводниковый элемент, позволяющий плавно регулировать параметры питания. Существуют простые и сложные схемы, которые отличаются между собой вариантами исполнения, а также поддерживаемой мощностью, подключаемого электроинструмента. В конструктивном исполнении бывают внутренние, позволяющие встраиваться внутрь корпуса, и внешние, изготавливаемые в виде отдельного модуля, выполняющего роль ограничителя оборотов и пускового тока при непосредственном пуске УШМ.
Простейшая схема
УПП с регулированием оборотов на тиристоре КУ 202 получил широкое применение благодаря очень простой схеме исполнения (схема 1). Его подключение не требует особых навыков. Радиоэлементы для него достать очень просто. Состоит эта модель регулятора из диодного моста, переменного резистора (выполняет роль регулятора U) и схемы настройки тиристора (подача U на управляющий выход номиналом 6,3 вольта) отечественного производителя.
Благодаря размерам и количеству деталей регулятор этого типа можно встроить в корпус электроинструмента. Кроме того, следует вывести ручку переменного резистора и сам регулятор оборотов можно доработать, встроив кнопку перед диодным мостом.
Основной принцип работы заключается в регулировке оборотов электродвигателя инструмента благодаря ограничению мощности в ручном режиме. Эта схема позволяет использовать электроинструмент мощностью до 1,5 кВт. Для увеличения этого показателя необходимо заменить тиристор на более мощный (информацию об этом можно найти в интернете или справочнике). Кроме того, нужно учесть и тот факт, что схема управления тиристором будет отличаться от исходной. КУ 202 является отличным тиристором, но его существенный недостаток состоит в его настройке (подборка деталей для схемы управления). Для осуществления плавного пуска в автоматическом режиме применяется схема 2 (УПП на микросхеме).
Плавный пуск на микросхеме
Оптимальным вариантом для изготовления УПП является схема УПП на одном симисторе и микросхеме, которая управляет плавным открытием перехода p-n типа. Питается устройство от сети 220 В и ее несложно собрать самому. Очень простая и универсальная схема плавного пуска электродвигателя позволяет также и регулировать обороты (схема 2). Симистор возможно заменить аналогичным или с характеристиками, превышающими исходные, согласно справочнику радиоэлементов полупроводникового типа.
Схема 2. Схема плавного пуска электроинструмента
Устройство реализуется на основе микросхемы КР118ПМ1 и симисторе. Благодаря универсальности устройства его можно использовать для любого инструмента. Он не требует настройки и устанавливается в разрыв кабеля питания.
При пуске электродвигателя происходит подача U на КР118ПМ1 и плавный рост заряда конденсатора С2. Тиристор открывается постепенно с задержкой, зависящей от емкости управляющего конденсатора С2. При емкости С2 = 47 мкФ происходит задержка при запуске около 2 секунд. Она зависит прямо пропорционально от емкости конденсатора (при большей емкости время запуска увеличивается). При отключении УШМ конденсатор С2 разряжается при помощи резистора R2, сопротивление которого равно 68 к, а время разрядки составляет около 4 секунд.
Для регулирования оборотов нужно заменить R1 на резистор переменного типа. При изменении параметра переменного резистора происходит изменение мощности электромотора. R2 изменяет величину тока, протекающего через вход симистора. Симистор нуждается в охлаждении и, следовательно, в корпус модуля можно встроить вентилятор.
Таким образом, для запуска электродвигателей различного инструмента необходимо использовать УПП заводского изготовления или самодельные. УПП применяются для увеличения срока эксплуатации инструмента. При запуске двигателя происходит резкое увеличение тока потребления в 7 раз. Из-за этого возможно подгорание статорных обмоток и износ механической части. УПП позволяют значительно снизить пусковой ток. При изготовлении УПП самостоятельно нужно соблюдать правила безопасности при работе с электричеством.
Устройство плавного пуска — электротехническое устройство, используемое в асинхронных электродвигателях, которое позволяет во время запуска удерживать параметры двигателя (тока, напряжения и т.д.) в в безопасных пределах. Его применение уменьшает пусковые токи, снижает вероятность перегрева двигателя, устраняет рывки в механических приводах, что, в конечном итоге, повышает срок службы электродвигателя.
Назначение
Прибор УПП1 представляет собой инновационное устройство, специально разработанное для обеспечения плавного и безопасного запуска и останова электродвигателей, используемых в различных приводах, таких как насосы, вентиляторы, компрессоры, конвейеры, транспортеры и многие другие механизмы. Этот уникальный прибор обладает передовыми технологическими возможностями, которые позволяют управлять нагрузкой на электродвигатели с высокой точностью, обеспечивая максимальную эффективность работы оборудования и снижая риск поломок и аварийных ситуаций.
Основные преимущества прибора УПП1 включают:
Плавный пуск и останов: УПП1 обеспечивает мягкий пуск и останов электродвигателей, что позволяет избежать резких нагрузок и ударных нагрузок на механические части оборудования, продлевая тем самым их срок службы.
Точное управление нагрузкой: Прибор позволяет точно регулировать скорость и мощность работы электродвигателей, что особенно важно при выполнении задач, требующих высокой точности и стабильности.
Защита от перегрузок и коротких замыканий: УПП1 предоставляет надежную защиту электродвигателей от перегрузок, коротких замыканий и других потенциально опасных ситуаций, что способствует увеличению срока службы оборудования и снижению расходов на ремонт.
Устройства плавного пуска асинхронных двигателей
Известно, что пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в 5-7 раз превышает его номинальный ток. Физически, причина обусловлена низким сопротивлении обмоток электрической машины в предпусковой момент. При приложении номинального напряжения к малому сопротивлению, ток имеет большое значение:
В идеальном случае если R стремится к нулю, то I стремится к бесконечности. В реалии же, ток достигает 5-7 кратного значения. В процессе разгона двигателя, сопротивление обмоток повышается до номинального уровня, а ток соответственно снижается. Передача энергии из сети в момент запуска электродвигателя:
Из выражения (2) можно сделать вывод, что параметры U, I, t могут быть изменены, таким образом, что передаваемая из сети энергия Е останется неизменной. Это выражение справедливо только для приводов с небольшой нагрузкой на валу, например привод вентилятора.
Использование устройств плавного пуска двигателей(УПП). При использовании УПП для ограничения пусковых токов выражение (1) будет действовать на выходе устройства, а выражение (2) на его входе. В основу регулирования напряжения в современных софтстартерах (другое название УПП ) лежит свойство тиристоров ограниченно пропускать электрический ток, в зависимости от напряжения, приложенного к управляющему электроду.
Для работы тиристоров в сетях переменного напряжения, их включают встречно в параллельных ветвях, а управляющее напряжение подается на общий электрод. Такое устройство называется симистор, устанавливается он в каждом проводе трехфазной системы.
При протекании пусковых токов через полупроводниковые элементы на них выделяется значительное количество тепла. Для отвода тепла применяют радиаторы, значительно увеличивающие вес, габариты и стоимость устройства.
Другое решение проблемы — это использование схем с подключением шунтирующего контактора. После завершения пускового процесса, его контакты замыкаются, создавая параллельную цепь с меньшим сопротивлением. чем у полупроводников. Ток протекает по пути наименьшего сопротивления, а симисторы в это время остывают.
Современные УПП собраны на микропроцессорной базе, позволяющей существенно расширить функциональность, по сравнению с аналоговыми устройствами плавного пуска. Регулирование напряжения на зажимах электродвигателя осуществляется в функции тока. Это означает, что величина управляющего напряжения симисторов строго дозируется программой, в зависимости от величины тока, протекающей в обмотках.
Регулирование в функции тока позволяет избежать перегруза питающей сети, а значит, появляется возможность экономить на сечении питающего кабеля, мощности трансформатора и габаритах распределительного устройства.
Функциональные возможности УПП во многом совпадают с частотными преобразователями, также используемыми в электроприводе, однако стоимость последних в разы превышает стоимость УПП. Современные устройства могут иметь дополнительные функции, как то: защита от перегруза, от перекоса фаз, неправильного чередования фаз, защита от малых токов (при кавитации в насосах), и пр.
Возможность регулирования напряжения позволяет тормозить двигатель, запускать его при повышенной нагрузке, экономить электроэнергию при установившемся режиме при небольшой нагрузке. Основным достоинством УПП является их невысокая стоимость в сравнении с “частотниками”.
— необходимость согласовывать включение УПП с защитными коммутационными аппаратами — само по себе устройство не защищено от токов коротких замыканий, протекающих через него; — при увеличении пускового времени с помощью УПП есть необходимость применения в цепи специальных автоматов с отстройкой теплового расцепителя по времени; — снижение пускового напряжения неизбежно ведет к снижению пускового момента, УПП применяют только в приводах с небольшой нагрузкой на валу; — влияние наличия полупроводниковых элементов на качество напряжения в сети.
